浅析螺纹钢生产工艺技术及发展趋势

王 健

（河钢股份有限公司唐山分公司）

0 引言

我国作为钢铁生产大国，自2016年以来，钢铁行业供给侧结构性改革取得了新突破，“三去一降一补”成效显著，优质产能作用得到充分发挥，产能利用率基本恢复到合理区间，企业效益明显好转。

2019年1～10月，全国粗钢产量为82 921.5万吨，同比增长7.4%，在去产能举措的推进之下，我国钢材市场状况痛症有所缓解，粗钢产能利用率已回归到80%以上的合理区间，2016年以来，我国消减钢铁产能1.5亿吨以上，是全球消减钢铁产能的114%。全行业2016年扭亏为盈，2017年效益大幅增长，2018年达到历史最好水平，2019年1～9月，中钢协会员钢铁企业销售收入3.18万亿元，同比增长11.6%，实现利润总额1 466亿元，同比下降32%，销售利润率4.6%，较上年同期下降3个百分点[1]，螺纹钢作为国民基础建设的重要材料,其发展和控制水平受到了社会的广泛关注，通过技术创新，螺纹钢企业的生产工艺不断优化,实现了产品升级,对我国基建行业的发展具有重要意义。

1 中国螺纹钢企业发展的内外部环境

国家经济政策走向对钢材消费将产生较大的影响，中国经济由高速增长阶段转向高质量发展阶段，对钢材需求由量变转向质变，而污染防治和供给侧结构性改革将对钢铁企业产生较大的影响。

1.1 螺纹钢企业的外部环境分析

螺纹钢产品的使用主要集中在房地产和基建，在供给侧结构性改革之前，下游需求作为主导因素影响着螺纹钢的价格，供给起到了推波助澜的作用；在供给侧结构性改革之后，市场越来越多地关注唐山等钢厂集中度较高的区域，以环保限产、复产政策以及去库存化程度来判断螺纹钢价格的涨跌，供给似乎成为螺纹钢价格的主导因素。

1.1.1 复杂多变的国际形势

当前全球经济增长放缓，外部不稳定、不确定因素增多，国内周期性问题与结构性矛盾叠加，经济下行压力持续加大，受中美贸易摩擦、国际市场反倾销和国内价格好转的影响，2019 年我国钢材出口继续减少。

1.1.2 螺纹钢下游产业

螺纹钢作为工业品，需求一直是影响其价格走势的关键因素，而房地产行业作为螺纹钢最重要的下游行业，从 2019 年螺纹钢市场需求来看，55%以上的螺纹钢都用于房地产行业，基建所消耗的螺纹钢占总产量的20%～30%。因此，研究房地产周期的客观波动规律，能更好地预测房地产行业的走向，也能更好地判断螺纹钢的需求情况和价格变动。研究发现：历史上房地产投资的同比增速与螺纹钢期价之间存在高度正相关关系，国家金融与发展实验室报告称：2019年前三季度新建住宅销售价格和二手住宅销售价格月度环比涨幅明显回落，2019年1～10月，全国房地产开发投资109 603亿元，同比增长10.3%，增速比1～9月回落0.2个百分点，其中，住宅投资80 666亿元，增长14.6%，增速回落0.3个百分点，前三季度，沪深两市共142家上市房企总营收合计为15 052.3亿元，同比增长22.04%，增速较2018年同期减少5.02个百分点；归母净利润合计为1 440.63亿元，同比增长12.52%，增速较2018年同期大幅减少19.56个百分点，预计2019年房地产行业消耗的螺纹钢比例与 2018 年相比下降10%左右[2]。

1.2 螺纹钢企业的内部环境分析

当前我国螺纹钢企业无论是在企业的资源方面还是企业的生产能力方面尚处于积累阶段，由于新国标的执行，各大螺纹钢企业均面临生产转型的阵痛，企业的核心竞争力尚且不足，并没有形成一定的品牌优势以及生产技术优势，利润空间逐步被压缩，使得螺纹钢企业的财务状况发展趋势不容乐观，再加上螺纹钢产品的生产种类较低，生产线较少，使得我国螺纹钢企业的产能普遍较低，并不能够形成规模优势。2019年，电炉钢产能释放和环保限产，电炉产能释放对螺纹钢的增加量为 500 万t左右，因而造成了当前我国螺纹钢企业的内部环境不容乐观[3]。

2 螺纹钢生产企业新技术

2.1 螺纹钢生产企业新技术

基于棒线材短流程“低成本、高效率”的核心理念，针对棒线材螺纹钢筋产线，有以下发展趋势。

2.1.1 以直轧技术为代表的短流程生产模式

连铸坯直接轧制包含三种情形：（1）常规加热炉和感应加热方式同时存在；（2）无常规加热炉，仅通过感应加热方式给连铸坯补温；（3）不采取任何加热措施，而是利用连铸坯自身的温度直接进入轧机进行轧制。

无加热直接轧制工艺的技术核心是在连铸切割区，让切割点位于凝固临界点，将常规的切割点前移，提高连铸坯自身温度。如果直供辊道较长，可以加保温罩，确保钢坯到轧机入口的平均温度能够达到1 000 ℃左右，满足轧制要求。国内的宣钢、陕西钢铁、广西盛隆等均已实现直轧生产工艺，直轧工艺在显著降低生产成本的同时，对钢坯质量、生产管理等方面提出了更高的要求，直轧实践证明：100%无缺陷铸坯是难以实现的，加上受钢轧匹配、生产调度等因素影响，实际生产中多少存在一些下线冷坯，所以在生产流程与加热炉使用安排上，应予以考虑。

2.1.2 以无头轧制技术为代表的高效生产模式

无头轧制技术EWR（Endless Welding Rolling）是在钢坯轧制过程中，用移动式焊机在加热炉与第一道粗轧机之间，将进入第一道粗轧机的钢坯的尾部与刚刚从加热炉出来的钢坯头部对接起来，从而实现钢坯在连轧机中的连续轧制。该技术由于消除了两根相邻轧件之间的间隙时间，作业率提高3%以上，省去了轧件的切头切尾，成材率比常规生产提高1%左右，减少了温度较低的轧件头、尾部分对轧辊和导卫装置的频繁冲击，减少了轧辊磨损，有利于轧机及其传动装置的平稳运转，但是要求钢坯表面质量和断面几何形状的一致性必须稳定，否则焊机难以适应。这也是影响无头轧制技术推广的最大限制因素，目前国内新疆八一钢厂、涟源钢厂、邢台钢厂已实现了无头焊接的连续轧制[4]。

2.2 以细晶粒技术为代表的低成本生产模式

2.2.1 高线细晶盘螺

与普通热轧带肋钢筋相比，细晶粒钢筋要求在控轧和控冷工艺条件下实现晶粒度不粗于9级，且不得有影响使用性能的其他组织（如基圆上出现的回火马氏体组织）存在，达到细晶粒钢筋的这两个条件必须设计合理的轧制工艺参数。

石横特钢高线以普通碳素结构钢Q215B化学成分为基础，适当提高C含量，利用控轧控冷工艺在高速线材生产线上完全能够生产出符合国标要求的HRBF400细晶粒钢筋。与采用Q235钢生产HRBF400相比，由于Mn含量降低0.20%且不加V（普通抗震盘螺V含量0.027%），该细晶粒钢筋具有更好的经济性，吨钢成本降低35元/t。

2.2.2 棒材低温轧制

国内棒材采用低温轧制技术已呈发展趋势，低温轧制就是将钢坯加热到低于常规加热温度。在低于常规热轧温度下进行的轧制，更确切的说是中温轧制，其主要目的是为了大幅度降低坯料加热所耗燃料、减少金属烧损。

采用900 ℃左右低温轧制，与1 050 ℃常规轧制相比，燃耗成本可降低15元/t。连铸坯加热时的氧化铁皮明显减少，烧损下降了0.2%左右，可降低成本5.5元/t。但是，降低轧制温度，轧机能耗要上升，轧机电耗上升幅度平均为15%，轧机吨钢电耗上升8 kWh/t，总体平衡后，吨钢可节约能源16元左右。

2.2.3 棒材控轧控冷细晶粒生产技术

钢筋混凝土用钢第2部分热轧带肋钢筋（GB/T l499.2—2018）标准中定义：细晶粒热轧钢筋即在热轧过程中，通过控轧和控冷工艺形成的细晶粒钢筋，其金相组织主要是铁素体加珠光体，不得有影响使用性能的其他组织(如回火马氏体)存在，晶粒度不粗于9级，采用细晶粒生产工艺是新一代钢铁生产技术的重要发展方向，近年来超细晶理论及其应用技术已取得突破性进展，各钢厂在降低微合金加入量的基础上考虑“水代合金”生产细晶粒钢筋的低成本生产方案，通过控轧控冷工艺获得超细组织，在不增加合金含量的基础上大幅提高钢材性能，其特点是在提高强度的同时，还能保持韧性和塑性不降低。因此，挖掘细晶强化潜力、提高产品档次、降低成本，逐步成为各企业技术创新的方向和普遍采用的技术路线，其主要原理为：在稳定奥氏体区域或亚稳定区域内进行轧制，然后控制冷却，以获得细晶粒铁素体与珠光体组织，进而提高钢的强度和韧性。目前，国内的首钢水钢、陕西龙门钢铁、东华钢铁、鑫达钢铁等均具备细晶粒钢生产技术。

2.2.4 以多线切分技术为代表的高产模式

当前国内热轧带肋钢筋主流切分工艺为：10螺12螺四线切分，14螺16螺三线切分，18-22螺两线切分。国内各钢企已能够实现2～4线切分稳定生产，5线6线切分也有尝试。我国的多线切分技术已走在世界前列，首钢水钢、山东石横特钢、新余钢铁、新疆八钢等在螺纹钢切分生产中实现了规格产量提升，按照全规格平均日产提高30%计算，吨钢成本可降低8～10元。

2.3 未来棒线材产线建设方案

近几年来，棒线材领域的新技术、新工艺发展迅猛，各大高校、企业纷纷开展节能降耗、低成本高效率等方面的研究和转化，国内新上的一些棒线材产线在规划设计时都会积极探讨或投入诸如钢坯直轧、无头轧制、高速棒材等新技术，使棒线材发展呈现出日新月异的势头，始终屹立于钢铁技术的前沿。

基于棒线材短流程“低成本、高效率”的核心理念，针对棒线材螺纹钢筋产线提出建设方案，具体见表1。

表1 基于短流程理念的棒线材产线建设

3 螺纹钢发展方向展望

3.1 新材料技术在棒材生产中的应用

随着新材料和新工艺的不断发展，对现代轧机和轧辊的设计以及使用产生了巨大的影响，高生产率和热能的充分利用是今后发展的目标。为了极大限度地提高轧机生产效率，新一代轧辊工艺材料越来越多被用于现代轧机，如：高速钢、高硼高速钢、碳化物、粉墨合金等等。新型材料轧辊不仅耐磨性好，而且膨胀系数大、导热性好、淬透性好，尤其是高温时的红硬性。新型材料轧辊与传统轧辊相比，单槽过钢量高，节省了换辊、换槽时间，提高了轧机作业率，减少了轧辊消耗，降低了生产成本，尤其在轧制棒材和螺纹钢时对负偏差控制十分有利，从而提高了钢厂的综合效益[5]。

3.2 产业链的延伸与控制

为加强客户粘性并确保将可靠、一流、高质量的产品交付给客户，通过关联及合作的深加工企业，在销售半径范围内组建装配式住宅、钢筋深加工等工厂，进行来料加工、定制化生产，实现工地螺纹钢批量折弯、攻丝等，减少工地钢筋加工棚工作强度及出现的质量问题，通过控股或参股下游产业链，不仅牢牢地抓住了客户的“胃”，更可直接快速地了解客户的需求，并对自身的生产和研发体系形成了良性的驱动作用[6]。

3.3 智能制造和自动控制的应用

新一代信息技术将重塑包括钢铁行业在内的众多传统产业，通过信息化、智能化改造可以有效提升企业的能源管控水平和降低污染物排放量，从而助推行业绿色发展。钢铁行业是自动化程度较高的流程行业，拥有丰富的应用场景，工业互联网特别是5G 技术在推动钢铁行业智能化改造方面前景广阔，螺纹钢企业应用比较成熟的自动控制技术有：自动化炼钢、加热炉自动燃烧、TMCP精确控制系统、智能天车入库管理等。

3.4 下游产业变革促使螺纹钢生产销售模式转变

国家正在全国范围大力推广装配式住宅，制定了一系列装配式住宅设计、施工、验收规范，提出用 10 年左右的时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到 30%，解决了传统建筑方式普遍存在的渗漏、不隔音、不隔热、精度差等 “质量通病”，而施工周期仅为传统建筑方式的1/3左右，高层建筑含精装修可在一年以内全部完成；时间短，用人少，综合成本降低，真正可控。装配式住宅技术具有施工组配效率高、预制构件精度高、住宅质量有保证等优点，同时又符合“节能环保，绿色生活”的主题，将成为我国建筑领域的新热点、新应用，有广阔的应用前景，这为高强和大规格螺纹钢发展提供了发展机遇。

3.5 发挥标准作用，助钢铁工业高质量发展

近年来，国家相继发布了《工业绿色发展规划（2016—2020年）》《钢铁工业调整升级规划（2016—2020年）》等文件，推动行业转型升级、绿色化发展。创新发展是构建高质量钢铁工业的必然要求，而标准能够高度提炼科研创新成果，可作为创新发展的引领力和推动力，有助于科技成果转化为生产力。“标准化+”的门槛效应，可在推动去产能、去库存、去杠杆、降成本、补短板过程中发挥技术支撑作用。

4 结束语

在钢铁行业供给侧结构性改革的推动下，螺纹钢企业通过淘汰落后产能，提倡采用先进产能和节能环保，鼓励电炉钢发展的产能置换，使得螺纹钢新产线的工艺技术得到巨大发展；下游行业的需求变化对螺纹钢市场的发展也产生了深远影响，随着国家京津冀协同发展、长三角一体化发展、粤港澳大湾区建设、扎实推进雄安新区和长江经济带建设等国家基建项目的推进，2020年螺纹钢需求将同比增加2%左右，因此，如何在满足产品质量的前提下，实现成本、利润及智能化的创新突破，将是螺纹钢生产企业永恒的主题。